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摘 要

近红外荧光染料是一种商品化的荧光染料，它主要用于生物体组织、小分子、生物体内离子等物质的荧光成像。它的光谱范围在近红外区域600～1000nm之间，在这一光谱区域中，生物基体荧光强度或光吸收较小，信噪比较高，其背景干扰较小。在已有的所以红外荧光染料中，吲哚七甲川菁染料是最具有代表性的一类近红外荧光染料，它是由七甲川链，吲哚杂环和N-取代基侧链构成的，拥有溶解性好,最大吸收波长可调，摩尔消光系数大等特点，因而被广泛的应用于蛋白标记以及衡量金属离子检测，肿瘤靶向检测、治疗等生物领域。

本论文首先从近红外荧光染料的结构、性质、生物应用的方面综述了近几年人们对其的研究，并在文献综述的基础上，从生物安全方面，肿瘤靶向标记及药物分子近红外荧光修饰方面设计了近红外荧光染料。

最后，探索了近红外荧光染料修饰药物的反应条件，并已完成部分实验工作，为下一步的研究打下基础。

关键词∶吲哚七甲川菁染料，近红外荧光菁染料，合成，设计。

目录

第一章 绪论 3

1.1选题背景 3

1.1.1引言 3

1.1.2菁染料简介 4

1.1.3花菁染料的结构特征 4

1.1.4近红外花菁荧光染料与可见荧光染料对比 4

1.1.5菁染料的基本结构及分类 5

1.1.6花菁染料的合成 5

1.1.7荧光探针的生物分析 7

1.1.8 吲哚七甲川花菁荧光染料的应用前景 9

1.1.9 吲哚七甲川花菁荧光染料的设计方案 10

第二章 染料合成的实验方案与实验内容 13

2.1引言 13

2.2实验部分 13

2.2.1药品与试剂 13

2.2.2主要实验仪器 14

2.2.3染料的合成路线 14

2.2.4 实验操作步骤 14

第三章 实验结果与讨论 18

3.1化合物磺酸吲哚的合成工艺讨论 18

3.1.1投料比对反应收率的影响 18

3.1.2反应后不同处理方法对反应收率的影响 18

3.1.3保存方式对产物的影响 19

3.2间氟季铵盐的合成条件摸索 19

3.2.1 不同的摩尔量之比对反应收率的影响 19

3.2.2在各种不同温度时对反应收率的差异 19

3.3缩合剂的合成工艺研究 19

3.3.1溶剂对反应的影响 19

3.3.2氧气及水对反应的影响 19

总结与望展 20

致谢 20

参考文献 21

附录 22

第一章 绪论

1.1选题背景

1.1.1引言

荧光物质是一类特别的化合物，其含有苯环或杂环并带有共轭双键，在吸收紫外线或可见光后，可以把波长短的光转变为长波长的可见光反射出来。人们根据荧光物质的这种特点，将其作为染料用于纺织，合成洗涤剂，合成塑料，荧光印染等方面。荧光染料除了被广泛应用在工业领域，其在生物分析方面的潜力也日益被人们开发。近些年来，随着对荧光染料研究的深入，人们发现有机荧光染料在生物检测方面，具有很多优点：检测速度快、灵敏度高、无辐射且可实现测序的实时、在线、计算机处理、用样量少等，是一类比较常用的同位素检测的标记试剂，具有实用安全的优点。目前荧光染料在抗体免疫分析、疾病诊断、抗癌药物分析等科研领域的应用已引起越来越多学者的关注^[1]。

荧光染料的种类很多，比如噁嗪类染料、酞菁染料、罗丹明类染料、菁染料、方酸菁类染料、噻嗪类染料、硝基和硫化染料等^[2]，（如图1.1）。但并不是每种荧光染料都适用于生物领域，作为生物荧光探针常满足以下几个条件：（1）标识反应条件温和（2）良好的稳定性和溶解性（3）良好的荧光性能（4）荧光与背景明显（5）摩尔消光系数大（6）安全无毒^[3]。

在生物监测中，有时需要检测的生物组织或分子本身不产生荧光，或产生的荧光量不足，为了对这类物质进行荧光分析，需要引入荧光物质，人们常利用荧光探针与待测物反应，生成具有强荧光的共价或非共价结合的物质，以降低检出限。如环境中的汞离子可被转化为甲基汞，而甲基汞会导致急性或慢性神经系统方面的疾病，近红外可视化探针可用于检测汞离子，与之形成络合物，络合后染料颜色从蓝色变为无色。

图1.1 染料的代表结构

1.1.2菁染料简介

花菁染料已经引起人们广泛的关注，因为花菁染料有很强的能力来提高卤化银乳剂在光谱区域的光灵敏度，而卤化银乳剂原本正常情况下灵敏度并不是很高的。自从1856年^[4]，聚次甲基花菁染料就一直占据摄影和染料应用的广大市场。每年各个领域在花菁染料研究与应用方面发表的文章都有很多很多。

通常的染料在其稳定的结构形式中拥有全反式几何结构，有的时候，也有些染料也会发生光学异构现象。这些物质的结构可以通过各种技术方法来加以研究，方法包括光解法，瞬态吸收和皮秒分辨光谱法。在这些种类的染料中，有一些含有各种颜色的物质，比如花菁，半花菁，方酸菁染料，由于他们能被光和酸脱色，导致他们并没有被当作染色剂而广泛使用。

然而，他们已经被广泛的当作增光剂用于增加卤化银光灵敏度，摄影等无机半导体材料，在记录媒体上用做光盘，在工业涂料方面用于收集太阳能，比如激光材料，在光合作用方面用在光收集系统，比如光折变材料，还在生物系统作为抗肿瘤剂，并用作为相关探针。

1.1.3花菁染料的结构特征

一般而言，大多数花菁染料包含两个氮原子中心，其中有一个氮原子是带有正电荷的，并且通过含有奇数个碳原子的共轭链连接到另外一个氮原子上（如图1.2-1）.这个明显的特征已经被研究作为“推-拉”烯烃和合成聚次甲基染料的基础^[5]，其中聚次甲基染料包含多个亚甲基单元作为发色团。依据聚次甲基单元中包含的电荷，这些染料可以被分阳离子多甲川菁染料和半菁染料（如图1.2-1），阴离子多甲川氧杂菁染料（如图1.2-2），中性多甲川花菁染料（如图1.2-3），两性离子的方酸基的花菁染料^[6~8]（如图1.2-4）。

图1.2

1.1.4近红外花菁荧光染料与可见荧光染料对比

相比较可见光荧光染料，近红外花菁荧光染料合成的常见问题^[9]是：（1）随着波长的增加，光谱的宽度会有明显的变大；（2）有较低的量子产率；（3）光稳定性较差；（4）随着波长的红移，染料的化学性质会不稳定；（5）由于疏水性的存在，自身会发生聚集现象。

因此，理想状况下，用于人体内部分子成像的近红外花菁荧光染料应该具有以下的特点：（1）染料在光谱中出现的峰应接近700~900nm；（2）具有较高的量子产率；（3）要有很窄的激发和发射光谱；（4）染料的光化学性质要保持相对的稳定；（5）无毒；（6）良好的生物相容性，生物降解性；（7）拥有可用的单官能团衍生物作为技术平台；（8）具有商业可行性并且可以通过工业化大生产来制备以满足人类的使用需求。

1.1.5菁染料的基本结构及分类

菁染料分子主要是通过一系列甲川链将两个含氮的助色团连接在一起，一般甲川链的一端为给电子体（Donor）,另一端为电子受体（Acceptor）,中间的（-CH=CH-）n结构称为甲川链或者插烯键（n表示甲川的数量），整个分子具有推-拉电子效应，形成一个大的D-π-A共轭体系^[2]。

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